(57)【要約】【課題】高効率動作を維持しつつ電力増幅段を小型化することのできる増幅器モジュールを提供すること。【解決手段】この増幅器モジュールは、誘電体層および導体層を有する基板と、基板の主面上に配置され、入力信号を増幅する第１の増幅部と、誘電体層中に配置され、入力信号の位相を偏移させる第１の伝送線路と、誘電体層中に配置され、第１の増幅部により増幅された信号の位相を偏移させ、かつインピーダンス変換を行う第２の伝送線路と、基板の主面上に配置され、第１の伝送線路により位相が偏移された信号を、入力信号の電力が所定の電力を超えた場合に増幅する第２の増幅部とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層および導体層を有する基板と、
前記基板の主面上に配置され、入力信号を増幅する第１の増幅部と、
前記誘電体層中に配置され、前記入力信号の位相を偏移させる第１の伝送線路と、
前記誘電体層中に配置され、前記第１の増幅部により増幅された信号の位相を偏移させ、かつインピーダンス変換を行う第２の伝送線路と、
前記基板の主面上に配置され、前記第１の伝送線路により位相が偏移された信号を、前記入力信号の電力が所定の電力を超えた場合に増幅する第２の増幅部と、
前記基板の主面上に配置され、前記第２の伝送線路により位相が偏移された信号と前記第２の増幅部により増幅された信号とを合成する合成部と
を具備したことを特徴とする増幅器モジュール。
【請求項２】
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路は、位相を四分の一波長偏移させる四分の一波長線路からなることを特徴とする請求項１記載の増幅器モジュール。
【請求項３】
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路は、メアンダ状に形成されたストリップラインであることを特徴とする請求項１記載の増幅器モジュール。
【請求項４】
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路は、前記第１の伝送線路の特性インピーダンスをＺ１［Ω］、前記第２の伝送線路の特性インピーダンスをＺ２［Ω］、伝送線路幅をｗ［ｍｍ］、伝送線路厚をｔ［ｍｍ］、接地導体と伝送線路との距離をｈ［ｍｍ］としたとき、
【数１】
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の関係を満足することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の増幅器モジュール。
【請求項５】
前記第１の伝送線路は、アクティブ回路または集中定数回路からなることを特徴とする請求項１記載の増幅器モジュール。
【請求項６】
前記第１の伝送線路および前記第２の伝送線路は、互いに異なる特性インピーダンスを有し、かつ互いに異なる線路厚を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の増幅器モジュール。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の増幅器モジュールからなる電力増幅器を備えた無線送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無線送信装置の電力増幅器として用いられる増幅器モジュール、無線送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の無線通信システムでは、データ伝送速度を高速化するため、送信する高周波信号の平均電力に比べてピーク電力の大きなOFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式などの変調方式を用いるようになってきている。このような変調方式は、次世代の携帯電話システムにおける利用が検討されている。
【０００３】
ところで、携帯電話システムなどの無線送信装置は、送信信号を所要の電力レベルまで増幅するための電力増幅器を備えている。電力増幅器を用いて信号を増幅する際には、無線通信システムで規定される値以下に歪み信号電力を抑える必要があり、電力増幅器は、ピーク電力出力時においても線形動作をすることが要求される。これは、信号のピーク電力対平均電力の比が高い信号を増幅する場合、平均動作効率を悪化させる原因となる。その結果、携帯電話等の小型送信装置では、電源としての電池の消耗が激しくなり、通話可能時間が短くなってしまうという問題が生じる。
【０００４】
このような電力増幅器の動作効率を向上させる技術の１つとして、非特許文献１に示されるドハティアンプ技術が注目されている。ドハティアンプ技術は、複数の増幅器を並列動作させることにより、ピーク電力対平均電力の比が高い信号を高効率に増幅できる技術である。
【０００５】
一方で、ドハティアンプ技術では、主として伝送線路により構成されるインピーダンス変換器などの特有の付帯回路が必要になるため、回路規模が大きくなるという問題を抱えていた。このことは、送信設備における電力増幅段の小型化を困難にする。そのため、ドハティアンプ技術は、携帯電話基地局の送信設備や放送用送信機等における大型電力増幅器として主に用いられてきた。
【０００６】
回路規模の増大についての改善策としては、非特許文献２に示されるように前述の付帯回路をＭＭＩＣ化（Microwave Monolithic IC）したり、付帯回路を集中定数回路によって実現したりすることが検討されている。しかし、ドハティアンプ技術において必要となる付帯回路をＭＭＩＣ化や集中定数化により実現した場合、寄生抵抗が増加するため損失が増大するという問題がある。すなわち、出力電力レベルが低下して動作効率が悪化するという問題があった。
【非特許文献１】I. Takenaka, H. Takahashi, K. Ishikura, K. Hasegawa, K. Asano, and M. Kanamori, “A 240 W Doherty GaAs-power FET amplifier with high efficiency and low distortion for W-CDMA base stations,” MWE 2004 Workshop digest, WS12-1, pp. 299−304, 2004.
【非特許文献２】J. Kim, S. Bae, J. Jeong, J. Jeon, and Y. Kwon, “A highly-integrated Doherty amplifier for CDMA handset applications using an active phase splitter,“ IEEE Microwave and wireless components letters, vol. 15, No. 5, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、従来のドハティアンプ技術による増幅器モジュール、無線送信装置では、ドハティアンプ技術の特徴である高効率化を維持しつつ電力増幅段を小型化することが困難であるという問題がある。すなわち、高効率な増幅動作を実現できるドハティアンプ技術を電力増幅器に適用する場合、付帯回路を伝送線路で実現する場合には回路規模が大きくなるという問題が生じ、また、それを解決するために付帯回路をMMIC化や集中定数化をすると、回路の損失が増大し動作効率が悪化するという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、ドハティアンプ技術による高効率動作を維持しつつ電力増幅段を小型化することのできる増幅器モジュール、無線送信装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明の増幅器モジュール、無線送信装置は、誘電体層および導体層を有する基板と、基板の主面上に配置され、入力信号を増幅する第１の増幅部と、誘電体層中に配置され、入力信号の位相を偏移させる第１の伝送線路と、誘電体層中に配置され、第１の増幅部により増幅された信号の位相を偏移させ、かつインピーダンス変換を行う第２の伝送線路と、基板の主面上に配置され、第１の伝送線路により位相が偏移された信号を、入力信号の電力が所定の電力を超えた場合に増幅する第２の増幅部と、基板の主面上に配置され、第２の伝送線路により位相が偏移された信号と第２の増幅部により増幅された信号とを合成する合成部とを具備している。
【００１０】
本発明によれば、ドハティ増幅器における伝送線路を誘電体層中に配置したので、伝送線路のサイズを小型にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、送信装置の電力増幅段を高効率かつ小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。この実施形態の増幅器モジュール、無線送信装置は、ドハティ増幅器を構成する２つの増幅器とそれらのバイアス回路をGaAs-MMICとして集積化し、当該２つの増幅器の入力整合回路と出力整合回路を表面実装型のチップ部品を用いてモジュール基板上に構成し、さらにドハティ増幅器として動作させるためのλ／４線路（四分の一波長線路）を入力側と出力側の２つのみとする回路構成としている。そして、これらのλ／４線路を厚さ１ｍｍ以下に抑えても動作可能なドハティ増幅器を実現するものである。
【００１３】
以下の説明において、電力増幅器が出力する信号の周波数が２ＧＨｚ帯の周波数であり、モジュール基板として使用するアルミナ基板の比誘電率がεr＝９であるものとして説明する。図１は、本発明に係る一つの実施形態の増幅器モジュールの外観を示す斜視図、図２は、この実施形態の増幅器モジュールの断面を示す断面図、図３は、この実施形態の増幅器モジュールの原理的ブロック図である。
【００１４】
図１および図２に示すように、この実施形態の増幅器モジュール１００は、誘電体基板１７０の一方の主面上に、増幅器ＩＣ１１０、チップ素子１２１および１２２からなる第１の入力整合部１２０、チップ素子１３１および１３２からなる第１の出力整合部１３０、チップ素子１４１および１４２からなる第２の入力整合部１４０、およびチップ素子１５１および１５２からなる第２の出力整合部１５０を備えている。
【００１５】
誘電体基板１７０は、信号配線および接地導体を有する第１ないし第４の誘電体層１７１ないし１７４からなり、例えばアルミナなどの誘電体材料からなるモジュール用基板である。ここでは、誘電体基板１７０の比誘電率をεrとして説明する。誘電体基板１７０には、第１ないし第３の接地導体が介挿されている。
【００１６】
増幅器ＩＣ１１０は、図３に示すように、ドハティ増幅器を構成するキャリア増幅器１１１、同じくピーク増幅器１１２、キャリア増幅器１１１およびピーク増幅器１１２のそれぞれにバイアス電流（または電圧）を供給するバイアス制御部１１３および１１４を備えた、例えばGaAs-MMICである。キャリア増幅器１１１は、入力信号の電力の大小によらず常に動作しており、ピーク増幅器１１２は、入力信号の電力が所定の電力値を超える時に動作を開始するようにバイアスが制御されている。バイアス制御部１１３および１１４は、外部電源Ｖｃｃからバイアス電流（電圧）を生成する。増幅器ＩＣ１１０は、誘電体基板１７０の一方の主面の略中央に配置されている。
【００１７】
第１の入力整合部１２０は、キャリア増幅器１１１の入力側に接続された、入力インピーダンスの整合をとるためのマッチング手段であり、第１の出力整合部１３０は、同じくキャリア増幅器１１１の出力側に接続された、出力インピーダンスの整合をとるマッチング手段である。第１の入力整合部１２０および第１の出力整合部１３０は、キャリア増幅器１１１の入出力インピーダンスと前段・後段の入出力インピーダンスとのマッチングを取ると共に、本ドハティ増幅器がドハティアンプとしての所望の高効率動作を実現するようにインピーダンス整合をする。したがって、キャリア増幅器１１１の入出力インピーダンスが任意に設定できる場合や、実装するキャリア増幅器１１１の入出力インピーダンスに合わせて回路全体を設計する場合、第１の入力整合部１２０および第１の出力整合部１３０は、必ずしも必要ではない。
【００１８】
第２の入力整合部１４０は、ピーク増幅器１１２の入力側に接続された、入力インピーダンスの整合をとるためのマッチング手段であり、第２の出力整合部１５０は、ピーク増幅器１１２の出力側に接続された、出力インピーダンスの整合をとるマッチング手段である。第２の入力整合部１４０および第２の出力整合部１５０は、ピーク増幅器１１２が入力電力が増加すると共に増幅動作を開始する際に前段・後段の入出力インピーダンスとマッチングを取ると共に本ドハティ増幅器がドハティアンプとしての所望の高効率動作を実現するようにインピーダンス整合する。したがって、第１の入力整合部１２０および第１の出力整合部１３０と同様、ピーク増幅器１１２の入出力インピーダンスが任意に設定できる場合や、実装するピーク増幅器１１２の入出力インピーダンスに合わせて回路全体を設計する場合、第２の入力整合部１４０および第２の出力整合部１５０は、必ずしも必要ではない。
【００１９】
第１および第２の入力整合部１２０および１４０は、誘電体基板１７０の主面上の線対称となる位置に配置されている。同様に、第１および第２の出力整合部１３０および１５０は、誘電体基板１７０の主面上の線対称となる位置に配置されている。さらに、第１の入力整合部１２０および第１の出力整合部１３０は、誘電体基板１７０の主面上の線対称となる位置に配置されている。同様に、第２の入力整合部１４０および第２の出力整合部１５０は、誘電体基板１７０の主面上の線対称となる位置に配置されている。すなわち、第１および第２の入力および出力整合部は、それぞれが対称となる位置に配置されている。この配置は、この増幅器モジュールのインピーダンス整合をはじめとする高周波特性のバランスを向上させ、ドハティアンプ動作の安定化に寄与するものである。
【００２０】
図２に示すように、この増幅器モジュール１００では、誘電体基板１７０の断面に、第１ないし第４の誘電体層１７１ないし１７４と、一部に信号配線を含む第１ないし第３の接地導体（層）１６１ないし１６３とを含んでいる。すなわち、誘電体基板１７０は、増幅器ＩＣ１１０が配置される主面側から順に、信号配線および接地導体を有する第１の誘電体層１７１、一部に信号配線も有する第１の接地導体１６１、第２の誘電体層１７２、一部に信号配線も有する第２の接地導体１６２、第３の誘電体層１７３、一部に信号配線も有する第３の接地導体１６３、および信号配線および接地導体を有する第４の誘電体層１７４が積層して形成されている。第２の誘電体層１７２および第３の誘電体層１７３には、それぞれ誘電体基板１７０の主面と平行方向に蛇行してメアンダ状に形成された導体線路１８１および１９１が形成されている。一部に信号配線も有する第１ないし第３の接地導体１６１ないし１６３は、誘電体基板１７０の基板内に該基板の主面と平行に介挿された平面状導体であり、それぞれ信号線路やグラウンドとして作用する。
【００２１】
導体線路１８１は、第１の接地導体１６１および第２の接地導体１６２の間の第２の誘電体層１７２の中に挟まれるように、第２の誘電体層１７２の断面方向の略中央に形成されている。導体線路１８１と、第１および第２の接地導体１６１および１６２と、第２の誘電体層１７２とは、ストリップラインをなして第１のλ／４線路部１８０を構成している。同様に、導体線路１９１は、第２の接地導体１６２および第３の接地導体１６３の間の第３の誘電体層１７３の中に挟まれるように、第３の誘電体層１７３の断面方向の略中央に形成されている。そして、導体線路１９１と、第２および第３の接地導体１６２および１６３と、第３の誘電体層１７３とがストリップラインをなし、第２のλ／４線路部１９０を構成している。第１のλ／４線路部１８０と第２のλ／４線路部１９０とは、第２の接地導体１６２により高周波的に良好なアイソレーションが保たれている。
【００２２】
第１のλ／４線路部１８０は、第１および第２の入力整合部１２０および１４０の入力間に接続され、位相を四分の一波長偏移させる伝送線路である。第１のλ／４線路部１８０は、第１の接地導体１６１および第２の接地導体１６２に挟まれた比誘電率εr・厚さｂ［ｍｍ］の第２の誘電体層１７２に、幅ｗ［ｍｍ］・厚さｔ［ｍｍ］の帯状導体を介挿して構成したストリップラインである。第１のλ／４線路部１８０は、インピーダンス変換機能を有しており、特性インピーダンスをＺ、入力インピーダンスをＺin、出力インピーダンスをＺoutとすると、Ｚ＝（Ｚin×Ｚout）1/2の関係を有している。
【００２３】
第２のλ／４線路部１９０は、第１および第２の出力整合部１３０および１５０の出力間に接続され、位相を四分の一波長偏移させる伝送線路である。第２のλ／４線路部１９０は、第２の接地導体１６２および第３の接地導体１６３に挟まれた誘電率εr・厚さｂ［ｍｍ］の第３の誘電体層１７３に、幅ｗ［ｍｍ］・厚さｔ［ｍｍ］の帯状導体を介挿して構成したストリップラインである。第２のλ／４線路部１９０もインピーダンス変換機能を有しており、特性インピーダンスをＺ、入力インピーダンスをＺin、出力インピーダンスをＺoutとすると、Ｚ＝（Ｚin×Ｚout）1/2の関係を有している。この例では第１のλ／４線路部１８０および第２のλ／４線路部１９０は同一条件で構成しているが、これには限定されない。すなわち、それぞれ異なる厚さの誘電体層に、異なる幅・厚さの帯状導体を介挿して形成してもよい。またこの例では、第１のλ／４線路部１８０および第２のλ／４線路部１９０の両方をストリップラインにて構成しているが、これにも限定されない。例えば、通過電力が大きく動作効率に対する損失の影響が大きい第２のλ／４線路部１９０のみをストリップラインで構成し、比較的損失の影響の小さい第１のλ／４線路部１８０をアクティブ回路や集中定数回路などにより構成してもよい。
【００２４】
図３に示すように、この増幅器モジュール１００は、入力端子ｉｎに入力インピーダンスＲｓの入力負荷が接続される。入力端子ｉｎに送信信号が入力されると、送信信号は第１の入力整合部１２０を介してキャリア増幅器１１１、および第１のλ／４線路部１８０と第２の入力整合部１４０を介してピーク増幅器１１２に入力される。キャリア増幅器１１１は、バイアス制御部１１３からのバイアスに基づいて送信信号を増幅し、第１の出力整合部１３０および第２のλ／４線路部１９０を介して出力端子ｏｕｔに出力する。
【００２５】
一方、第１のλ／４線路部１８０は、入力された送信信号の位相を四分の一波長偏移させ、インピーダンス変換を行って第２の入力整合部１４０を介してピーク増幅器１１２に出力する。ピーク増幅器１１２は、バイアス制御部１１４からのバイアスに応じて送信信号を増幅し、第２の出力整合部１５０を介して出力端子ｏｕｔに出力する。ここで、バイアス制御部１１４は、入力された送信信号が所定のレベルを超える時にのみピーク増幅器が動作するように、所定のバイアスをピーク増幅器１１２に与える。したがって、ピーク増幅器１１２は、送信信号が所定のレベルに達した場合に増幅動作を行い、それ以外のときはオフ状態となる。
【００２６】
その結果、第２のλ／４線路部１９０から出力された送信信号と第２の出力整合部１５０から出力された送信信号とが合成されて出力端子ｏｕｔに出力され、インピーダンスＲLの負荷に供給される。
【００２７】
続いて、図１ないし図４を参照して、この実施形態に係る増幅器モジュールの第１および第２のλ／４線路部１８０および１９０について詳細に説明する。図４は、従来のドハティ増幅器の構成を示すブロック図である。
【００２８】
図４に示すように、従来のドハティ増幅器では、図３に示すこの実施形態の増幅器に加えて、一般に、入力端子ｉｎおよび出力端子ｏｕｔにλ／４線路部をさらに備えている。すなわち、入力端子ｉｎに接続された第３のλ／４線路部２８５、第３のλ／４線路部２８５の出力に入力が接続された第１の入力整合部２２０および第１のλ／４線路部２８０、第１の入力整合部２２０の出力に入力が接続されたキャリア増幅器２１１、キャリア増幅器２１１の出力に入力が接続された第１の出力整合部２３０、第１の出力整合部２３０の出力に入力が接続された第２のλ／４線路部２９０、第１のλ／４線路部２８０の出力に入力が接続された第２の入力整合部２４０、第２の入力整合部２４０の出力に入力が接続されたピーク増幅器２１２、ピーク増幅器２１２の出力に入力が接続された第２の出力整合部２５０、第２のλ／４線路部２９０および第２の出力整合部２５０の出力に入力が接続され出力が出力端子ｏｕｔに接続された第４のλ／４線路部２９５を備えている。なお、図３に示す本発明の実施形態の構成要素と同一の機能を有する要素については同一の名称で表した。
【００２９】
図４に示す従来のドハティ増幅器において、第３のλ／４線路部２８５と第４のλ／４線路部２９５は、入力負荷Ｒｓ＝５０Ωおよび出力負荷ＲL＝５０Ωを、スミスチャート上で、第３および第４のλ／４線路部２８５および２９５それぞれの特性インピーダンスＺ３およびＺ４を中心として、１８０度位相が回転した点でのインピーダンスへ変換することができるインピーダンス変換器として機能する。なお、スミスチャートは高周波回路の分野では通常良く使用されるチャートであるため、ここでは詳細な説明を省略する。また、四分の一波長伝送線路が前述のようなインピーダンス変換器として機能することについても高周波回路の分野では周知であり、詳細な説明は省略する（「マイクロ波工学」基礎と原理  中島将光著  森北出版株式会社  参照）。
【００３０】
第３のλ／４線路部２８５および第４のλ／４線路部２９５は、入力負荷Ｒｓおよび出力負荷ＲLを、それぞれ第１のλ／４線路部２８０およびキャリア増幅器２１１（第１の入力整合部２２０）の入力インピーダンス、および第２のλ／４線路部２９０およびピーク増幅器２１２（第２の入力整合部２４０）の出力インピーダンスに応じて、ドハティ増幅器としての特性・動作が得られるような適切なインピーダンスに変換するために備えられている。よって、第３および第４のλ／４線路部２８５および２９５は、第１および第２のλ／４線路部２８０および２９０の特性インピーダンスＺ１およびＺ２、および入力負荷Ｒｓと出力負荷ＲLを適切な値に選択することで省略することが可能である。電力増幅回路を小型モジュール化する上で回路要素の省略は有効な手法であるから、本願発明では第３および第４のλ／４線路部２８５および２９５を省略している。
【００３１】
図４に示す従来のドハティ増幅器の動作概要について、第１ないし第４のλ／４線路部２８０ないし２９５のそれぞれの特性インピーダンス、さらには入力負荷Ｒｓおよび出力負荷ＲLが一般の通信機器で用いられる５０Ωであるものと仮定し、説明を簡略化するため第１および第２の入力／出力整合部２２０ないし２５０を省略して説明する。
【００３２】
入力負荷Ｒｓおよび出力負荷ＲLの５０Ωは、第３および第４のλ／４線路部２８５および２９５により２５Ωのインピーダンスへ変換される。さらに、第１および第２のλ／４線路部２８０および２９０により１００Ωへと変換される。よって、キャリア増幅器２１１の入力負荷は２５Ω、同じく出力負荷は１００Ωとなる。同様に、ピーク増幅器２１２の入力負荷は１００Ω、同じく出力負荷は２５Ωとなる。ドハティ増幅器は、キャリア増幅器とピーク増幅器とが同一レベルの出力電力を出力する場合、ピーク増幅器が休止状態の場合に１００Ωであったキャリア増幅器の出力負荷がアクティブロードプル効果により５０Ωへと減少して観測されることにより、キャリア増幅器の飽和出力が向上する効果を得ることができるものである（High-Linearity RF Amplifier Design, Peter B. Kenington著  参照）。
【００３３】
前述のとおり、ドハティ増幅器の小型化を図るために第３および第４のλ／４線路部２８５および２９５を省略すると、入力負荷Ｒｓおよび出力負荷ＲLが依然として５０Ωである場合には、第１および第２のλ／４線路部２８０および２９０の特性インピーダンスは１００Ωであることが必要となる。
【００３４】
この場合、入力負荷Ｒｓおよび出力負荷ＲLの５０Ωは、特性インピーダンスが１００Ωである第１および第２のλ／４線路部２８０および２９０により、２００Ωのインピーダンスに変換される。よって、キャリア増幅器２１１の入力負荷は５０Ω、同じく出力負荷は２００Ω、ピーク増幅器２１２の入力負荷は２００Ω、同じく出力負荷は５０Ωとなる。そして、ピーク増幅器２１２が休止状態である場合には２００Ωであったキャリア増幅器２１１の出力負荷が、アクティブロードプル効果により１００Ωへと減少して観測され、キャリア増幅器２１１の飽和出力が向上する効果を得ることができる。
【００３５】
ところで、第３および第４のλ／４線路部２８５および２９５を省略した場合、キャリア増幅器２１１およびピーク増幅器２１２の入力負荷および出力負荷が２倍となるが、キャリア増幅器２１１およびピーク増幅器２１２のバイアス条件や、それぞれに備えられた第１および第２の入力／出力整合部２２０ないし２５０の定数やトポロジーを調整することにより対応することになる。
【００３６】
しかし、第１および第２のλ／４線路部２８０および２９０の特性インピーダンスを５０Ωから１００Ωにすると、ストリップラインに必要な誘電体層の厚さが厚くなってしまう。このことは、λ／４線路部をモジュール基板内に介挿したストリップラインにより実現する場合に、必要とする誘電体の厚さが厚くなり、結果としてモジュールサイズの大型化を招くことにつながる。
【００３７】
この点について、図２に示す断面のストリップラインを参照して説明する。図２に示す導体線路１８１および１９１が構成するストリップラインの特性インピーダンスＺ０［Ω］は、誘電体層の厚さをｂ［ｍｍ］、伝送線路幅をｗ［ｍｍ］、伝送線路厚をｔ［ｍｍ］、接地導体と伝送線路との距離をｈ［ｍｍ］とすると、数式（１）のように表される。
【数１】
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【００３８】
例えば、一般的な比誘電率εr＝９のアルミナ基板をモジュール基板として使用する場合を例にとると、図２の導体線路１８１または１９１の幅wが０．１［ｍｍ］である場合、特性インピーダンスが５０Ωであれば誘電体の厚さｂを０．８［ｍｍ］とすることができるが、特性インピーダンスを１００Ωとした場合には、その厚さｂは１０［ｍｍ］まで厚くしなければならない。この例で、導体線路１８１または１９１の幅wを０．５［ｍｍ］まで狭めた場合でも、厚さｂは７［ｍｍ］まで厚くする必要がある。
【００３９】
一般に、モジュール基板の内層に導体線路を形成する場合、基板製造ルールの制約から、線路幅を０．１ｍｍ以上にする必要がある。そのため、特性インピーダンス１００Ωの導体線路をモジュール基板の内層に形成すると、誘電体層の厚さを厚くしなければならず、モジュールサイズが大型化してしまう。そこで本願発明では、λ／４線路部の特性インピーダンスを所定の値以下に設定して、増幅器の小型モジュール化を実現している。
【００４０】
図１ないし図３に示す実施形態に係る増幅器モジュールのドハティ増幅器では、λ／４線路部を２つ必要とするから、小型化およびアイソレーション向上の観点から、二つのλ／４線路部を誘電体基板の厚さ方向に積層することが望ましい。そして、電子素子モジュールは縦４ｍｍ×横４ｍｍ×厚さ２ｍｍの直方体形状とされることが一般的であるから、２つのλ／４線路部の誘電体層の厚さを同一とすれば、ストリップラインの誘電体層の厚さは１ｍｍ以下とすることが必要となる。この条件を満たすための第１および第２のλ／４線路部１８０および１９０の特性インピーダンスＺ１［Ω］およびＺ２［Ω］、ならびに入力負荷Ｒｓ［Ω］と出力負荷ＲL［Ω］の値は、伝送線路幅をｗ［ｍｍ］、伝送線路厚をｔ［ｍｍ］、接地導体と伝送線路との距離をｈ［ｍｍ］とすると、数式（２）の関係を満たせばよい。
【数２】
2007135015.tif 000004
【００４１】
これは数式（１）において誘電体厚ｂを１［ｍｍ］としたものである。
【００４２】
また、比誘電率がεrである誘電体内での高周波信号の波長λrは、自由空間中の波長をλとした時、数式（３）に示される値となるため、基板内での線路の長さは数式（３）で示される波長の四分の一の長さとなる。例えば、信号の周波数が２ＧＨｚであれば、自由空間中の波長λは、１５０ｍｍ程度となり、１／４波長は３７．５ｍｍ程度となる。ここで、比誘電率εr＝９とすると、１／４波長は１２．５ｍｍまで短縮される。したがって、λ／４線路部の長さを短縮することができ、モジュール化をより容易にすることができる。
【数３】
2007135015.tif 000005
【００４３】
第１および第２のλ／４線路部１８０および１９０の特性インピーダンスを５０Ωとすれば、入出力負荷ＲｓおよびＲLは２５Ωとなり、数式（２）の関係を満たすストリップラインの誘電体層の最大限の厚さは０．８ｍｍとなる。したがって、数式（１）において誘電体層の厚さｂ（＝２ｈ＋ｔ）を０．８［ｍｍ］とすれば、入出力負荷を５０オームの整数分の一とすることができるから、モジュールサイズの小型化を実現しつつ設計の容易な増幅器モジュールを得ることができる。また、二つのλ／４線路部を誘電体基板の厚さ方向に積層する場合のモジュール化が容易となる。
【実施例】
【００４４】
ここで、図５および図６を参照してこの実施形態の増幅器モジュールの実施例について説明する。図５は、この実施形態の増幅器モジュールの実施例の外観を示す斜視図、図６はこの実施例における効率特性の例を示す図である。
【００４５】
図５に示すように、長さ４ｍｍ・幅４ｍｍ・厚さ１．５ｍｍのアルミナ基板（比誘電率８．８）の一方の主面に、長さ１ｍｍ・幅１ｍｍのGaAsMMICからなる増幅器ＩＣ３１０と、その周囲にそれぞれ対称位置となるように配置された長さ０．６ｍｍ・幅０．３ｍｍの素子チップからなる入力整合回路・出力整合回路を配置した。アルミナ基板は、増幅器ＩＣ３１０形成面から順に厚さ０．１ｍｍの第１の誘電体層３７１、厚さ０．０５ｍｍの第２および第３の誘電体層３７２および３７３、厚さ０．６ｍｍの第４および第５の誘電体層３７４および３７５の積層構造に形成した。また、各々の誘電体層の間には、第１ないし第４の接地導体３６１ないし３６４を介挿し、増幅器ＩＣ３１０配置面と対向する主面には第５の接地導体３６５を形成した。
【００４６】
第４および第５の誘電体層３７４および３７５の厚さ方向の略中央には、誘電体基板の平面方向に蛇行させたλ／４線路を形成してストリップラインを構成した。その結果、図６に示す効率特性が得られた。これは、略同一のサイズに形成した従来のＢ級増幅器の効率特性と比較して最大で１０％ほど向上している。
【００４７】
以上説明したとおり、本発明の実施形態によれば、ドハティアンプ技術を用いた電力増幅器において付帯回路を低損失かつ小型に実現することにより、動作効率を悪化させることなく小型で高効率な電力増幅器モジュールを実現する。また、携帯電話等の小型無線送信機に搭載すれば、消費電力を削減し、電池の消耗を抑えることで、従来の電力増幅器を用いた場合よりも携帯電話での通話時間を長くすることができる。
【００４８】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態では、四分の一波長線路の特性インピーダンスを５０Ω、入出力負荷を２５Ωであるとして説明したが、これには限定されない。数式（２）の関係を満たす特性インピーダンスであれば、どのような入出力負荷であっても同様の効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、電子部品製造業、電子機器製造業、無線機器製造業などに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一つの実施形態の増幅器モジュールの外観を示す斜視図である。
【図２】この実施形態に係る増幅器モジュールの断面図である。
【図３】この実施形態に係る増幅器モジュールブロック図である。
【図４】一般的なドハティ増幅器を示すブロック図である。
【図５】この実施形態の増幅器モジュールの実施例の外観を示す斜視図である。
【図６】図５に示す実施例における特性例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００…増幅器モジュール、１１０…増幅器ＩＣ、１１１…キャリア増幅器、１１２…ピーク増幅器、１２０…第１入力整合部、１３０…第１出力整合部、１４０…第２入力整合部、１５０…第２出力整合部、１６１ないし１６３…第１ないし第３の接地導体、１７０…誘電体基板、１７１ないし１７４…第１ないし第４の誘電体層、１８０…第１のλ／４線路部、１９０…第２のλ／４線路部、３１０…増幅器ＩＣ、３６１ないし３６５…第１ないし第５の接地導体、３７１ないし３７５…第１ないし第５の誘電体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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